Versuch KT 7  :

Inhaltsverzeichnis

1       Aufgabe
2       Grundlagen
2.1    Zugversuch
2.2    Schlagbiegeversuch
2.3    optische Spannungsprüfung

3       Prüfgeräte; Prüfkörper
3.1    Tensiometer
3.2    Schlagbiege-Prüfgerät
3.3    optische Spannungsprüfung

Prüfungen an  PS-Proben

  Index KKP 

4         Versuchsdurchführung
4.1      Zugversuch
4.2      Schlagbiegeversuch
4.3     
optische Spannungsprüfung
5         Auswertung
5.1      Zugversuch
5.2      Schlagbiegeversuch
5.3     
optische Spannungsprüfung
6         Eigenschaftsrichtwerte
7         Literatur

1 Aufgabe

Mit den in Versuch KT 6 gefertigten Spritzguss-Probekörpern werden Werkstoffuntersuchungen wie Reißfestigkeit, Schlagfestigkeit und Ermittlung der inneren Spannung (optische Spannungsprüfung) zur Feststellung der optimalen Einstellung der Spritzgießmaschine durchgeführt.

2 Grundlagen

2.1 Zugversuch nach DIN 53 455

1.Zweck und Anwendung 
Der Zugversuch nach dieser Norm dient zur Beurteilung des Verhaltens von Kunststoffen bei einachsiger Beanspruchung auf Zug. Die Prüfung wird an bestimmten Probekörpern unter festgelegten Bedingungen für die Vorbehandlung, das Prüfklima und die Prüfgeschwindigkeit durchgeführt. Der Zugversuch dient in erster Linie zur Qualitätskontrolle. 

2. Begriffe 
Zugspannung
s im Sinne dieser Norm ist die auf den kleinsten gemessenen Anfangsquerschnitt des Probekörpers bezogene Kraft zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Versuches. 
Reißfestigkeit
sR ist die Zugspannung im Augenblick des Reißens.
Dehnung e ist die auf die ursprüngliche Messlänge des Probekörpers bezogene Längenänderung zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Versuches. 
Reißdehnung
eR ist die Dehnung beim Reißen.

3. Probekörper 
Die Probekörper werden bei vorgegebenen Bedingungen im Spritzguss hergestellt.
Verwendet werden Zugstäbe als Normprobekörper


Abbildung 701: Kraft-Längenänderungsdiagramm

Hierin bedeuten:

Fmax         Höchstkraft
FR            Reißkraft
FS             Kraft bei Streckspannung
FSx            Kraft bei x % Dehnspannung
DLFmax      Längenänderung bei Höchstkraft
DLR           Längenänderung bei Reißkraft
DL          Längenänderung bei Streckkraft
                 (Kraft bei Streckspannung)
DLSz          Längenänderung bei der Kraft, die
                  der z % Dehnspannung entspricht

4.Vorbehandlung 
Die Prüfkörper werden mindestens 16 h lang im Normalklima 23/50 gelagert.

Hierbei bedeuten nach DIN   50014 "Normalklima 23/50": 23 °C ± 2 °C und 50 % ± 5 % relative Luftfeuchtigkeit bei einem Luftdruck von 800 bis 1060 mbar (80 bis 106 kPa).

5. Formeln

sR = FR / A0    in N / mm2    mit  sR = Reißfestigkeit
          FR = Reißkraft
          A0 = Anfangsquerschnitt = b * h;  b = Breite und h = Höhe
eR = DLR* 100 / L0  in %    mit  eR   = Reißdehnung
         DLR = Längenänderung beim Bruch
         L0    =  Anfangslänge

 

2.2 Schlagbiegeversuch nach DIN 53 453

1. Zweck und Anwendung 
Der Schlagbiegeversuch dient zur Ermittlung das Verhaltens von definierten Probekörpern bei definierter Schlagbiegebeanspruchung und zur Beurteilung der Sprödigkeit oder der Zähigkeit innerhalb der durch die Prüfbedingungen gezogenen Grenzen.

2. Begriffe
Die Schlagzähigkeit an ist die vom ungekerbten Probekörper verbrauchte Schlagarbeit  AN, bezogen auf den Querschnitt des Prüfkörpers vor dem Versuch. 

3. Probekörper 
Die Probekörper werden bei vorgegebenen Bedingungen im Spritzguss hergestellt. 

4. Vorbehandlung 
Wie bei Zugversuch.

5. Formeln

an = (AN - ABlind) / (b * h)
        in mJ / mm2 = kJ / m2

  1 J = 1 Nm = 1 kg m2 /s2

 

l  = 50 ± 1 mm

 mit   an = Schlagzähigkeit
        AN = Schlagarbeit (Energie) 
        ABlind = Reibungswiderstand
         b   =  Breite der Probe
         h   =  Dicke der Probe
         (b > h)

 

 

2.3 Spannungsoptische Untersuchung

1. Zweck und Anwendung
Die spannungsoptische Untersuchung dient zur Beurteilung von
Molekülorientierungen in durchsichtigen Kunststoffteilen.

2. Begriffe
Molekülorientierungen bewirken innere Spannungen, die zu Verformungen und Spannungsrissen im Kunststoffteil führen können. Sie
sind deshalb bei der Verarbeitung zu vermeiden. Je größer die Molekülorientierungen sind, um so größer sind im allgemeinen auch die inneren Spannungen. Für vorgenannte Beurteilung dient die Bestimmung der Isochromaten:
         Bei Durchleuchten des Kunststoffteils mit polarisiertem Licht zeigen sich Linien (Isochromaten), die ein Maß für die Molekülorientierungen sind und somit auch eine Aussage über die inneren Spannungen zulassen.

3. Probekörper
Die Probekörper werden bei vorgegebenen Bedingungen im Spritzguss
hergestellt. Es handelt sich hier um Rechteckplatten.

4. Vorbehandlung
Wie bei Zugversuch.

5.Formeln                                              
Anzahl der Isochromaten  =  rel. Maß für Spannungen

  

Prüfgeräte; Probekörper

Der Zugversuch wird an einer Prüfmaschine ("Tensiometer") nach  DIN  51 221 der Klasse 1 entsprechend DIN 51 220 durchgeführt.

Typ: TZM 10 kN 

Hersteller:

Fa.Wolpert

max. Belastung:

10 kN
max. Hub: 1400 mm 
Traversengeschwindigkeit:  0 bis 1000 mm/min 

Die Kraftmessung erfolgt elektronisch mit induktivem Kraftaufnehmer über einen Messverstärker. Mit einem 10 - Gang-Potentiometer wird die Längenänderung über den Traversenweg ermittelt. Die Anzeige der Messgrößen erfolgt digital. Kraft-Verlängerungskurven können mit einem externen Schreiber aufgezeichnet werden.

 

Zur Bestimmung der Schlagzähigkeit dient ein Pendelschlagwerk nach DIN 51 222.

Hersteller:  Fa.Wolpert
Hammertyp:  Charpy
max. Schlagarbeit:  1 J oder 4 J

Ein drehbar gelagerter Hammer wird auf die Probe, die an zwei Backen anliegt, fallengelassen. Die für das Durchschlagen verbrauchte Energie wird durch einen Schleppzeiger angezeigt.

 

Zur spannungsoptischen Untersuchung dient ein Plastiskop nach Dr. Schneider. Es ist mit weißem und Na-Dampf-Licht sowie einer Vorrichtung für linear und zirkular polarisiertes Licht ausgestattet. Das linear polarisierte Licht dient zur Bestimmung der Isoklinen, das zirkular polarisierte Licht zur Bestimmung der Isochromaten.

 

4 Versuchsdurchführung

Für alle Prüfungen ist die Raumtemperatur und die rel. Luftfeuchtigkeit fest zu halten. (Vorgeschrieben sind 23 ± 2 °C). Eventuelle Fehlstellen am Prüfkörper (Lunker, Kerben, Einfallstellen) sind zu notieren.

4.1 Zugversuch

Schlagbiegeversuch

Vorsicht: Der Hammer kann Handverletzungen hervorrufen!

 

Spannungsoptische Untersuchung

Zur Bestimmung der Isochromaten bleibt das l / 4 -Filter eingeschwenkt (zirkulare Polarisation). Die Probe wird zwischen Polarisator und Analysator gebracht. Arbeitet man mit weißem Licht, so werden Linien mit gleicher Farbe (Isochromaten) ausgezählt, arbeitet man aber mit monochromatischem Licht (Na-Dampf), so werden die dunklen Linien ausgewartet. Das  Orientierungsbild ist im Protokoll zu skizzieren.

 

5 Auswertung

Das Versuchsprotokoll ist gleichzeitig als Auswertetabelle angelegt.

Eventuelle Fehlstellen am Prüfkörper (Lunker, Kerben, Einfallstellen) sind herauszustellen und zu interpretieren. Die Reißfestigkeit sR  ist zu berechnen und jeweils der arithmetische Mittelwert zu bilden. 

Es ist für den Normkleinstab ohne Kerbe die Schlagzähigkeit an zu berechnen (mit Kerbe: "Kerbschlagzähigkeit"). Der arithmetische Mittelwert aus 5 Einzelprüfungen ist zu bilden.
Weitere 5 Probekörper sind zu prüfen, wenn das arithmetische Mittel aller absolut gerechneten Abweichungen Dan der Einzelwerte vom Mittelwert größer als 10 % ist.
      und       in %  mit n = Anzahl der Messwerte.

Die Anzahl der Isochromaten ist festzuhalten, sowie das Orientierungsbild qualitativ zu beschreiben.

 

Die Eigenschaftsrichtwerte des Materialherstellers sind ins Protokoll zu übernehmen (siehe Kap. 6 dieses Versuchs).

Alle Messergebnisse sind in einem Diagramm zusammenzufassen. Auf der x-Achse ist die variierte Versuchsbedingung aufzutragen. Die optimale Versuchsbedingung ist herauszufinden und zu begründen.

 

6 Eigenschaftsrichtwerte

Mater ial: Polystyrol (PS) Hersteller: BASF Typ:  Polystyrol 143 E

Mechanische Eigenschaften:

Zugfestigkeit  

Reißdehnung

Schlagzähigkeit bei 23*C

Dichte

DIN 53 455:  

DIN 53 455:

DIN 53 453: 

DIN 53 479:  

46  N/mm2

%

11 kJ/m2

1,05 g/cm3

                                                                                

7 Literatur

1. DIN,                                   DIN-Taschenbuch Nr. 18: Prüfnormen f. Kunststoffe
2. Stoeckhert,                          Kunststoff-Lexikon
3. Saechtling,                           Kunststoff-Taschenbuch
4. Domininghaus,                      Kunststoffe II Kunststoffverarbeitung
5. Betrifft Spannungsoptik (Isochromaten.):
     Haenle./Gnauck/Harsch       Praktikum der Kunststofftechnik
6. BASF                                  Kunststoffverarbeitung im Gespräch:
Spritzguss
7. J. F. Salhofer u. a.                Kunststoffe kurz und bündig Kunststoffverarbeitung

© Prof. Dr. M. Häberlein, Ing. Bert Scholz in FH Frankfurt, Fb 2, Stg Verfahrenstechnik